Удосконалення методів розрахунку експлуатаційних навантажень та зносів колінчатих валів локомотивних енергетичних установок

Abstract

UA: Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково- практичної задачі – поліпшення характеристик функціонування локомотивних енергетичних установок на основі удосконалених методів розрахунку експлуатаційних навантажень та зносів колінчатих валів. Обґрунтовано необхідність удосконалення методів розрахункових досліджень експлуатаційних навантажень та зносів колінчатих валів локомотивних енергетичних установок. На основі запропонованого блочно- ієрархічного описання сучасного тепловозу розроблено структурно- функціональну схему механічної системи ЛЕУ з виділенням основних підсистем. Розроблено комплексне математичне забезпечення для розрахунку експлуатаційних навантажень і зносів колінчатих валів ЛЕУ, основою яких стали удосконалені методи дослідження виділених підсистем МС ЛЕУ. За результатами проведених експериментальних і розрахункових досліджень запропонований варіант удосконалення конструкції підсистем механічної системи ЛЕУ з V-подібними дизелями типу Д49, впровадження якого забезпечує суттєве зниження експлуатаційних зносів їх колінчатих валів. RU: Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно- практической задачи – улучшению характеристик функционирования локомотивных энергетических установок на основе усовершенствованных методов расчета эксплуатационных нагрузок и износов коленчатых валов. Значительная часть пассажирских и грузовых перевозок на сети железных дорог Украины осуществляется тепловозами. При этом значительная часть тепловозного парка Укрзализныци эксплуатируется в сверхнормативные сроки. В условиях постепенного обновления тягового подвижного состава возникает необходимость разворачивания научно- исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на обеспечение надежности и долговечности в эксплуатации основных элементов конструкции тепловозов. На основе предложенного блочно- иерархического описания конструкции современного тепловоза показано, что главное место среди основных его агрегатов принадлежит локомотивным энергетическим установкам. Показано, что наиболее нагруженным узлом ЛЭУ являются коленчатые валы. Поэтому проведение исследований (на основе соответствующих методов расчета), направленных на разработку рекомендаций по снижению эксплуатационных износов КВ, являются актуальными. Результаты анализа современной научно-технической литературы показали, что существующие подходы к исследованию эксплуатационных нагрузок и износов КВ используют упрощенные методики, которые не обеспечивают необходимой точности расчетов. Это обосновало актуальность разработки уточненных методов расчета эксплуатационных нагрузок и износов КВ современных ЛЕУ. В рамках решения поставленной задачи предложена структурно- функциональная схема механической системы ЛЕУ, в составе которой выделены следующие подсистемы: подсистема распределительного вала, подсистема цилиндровых модулей, подсистема коленчатого вала, а так же подсистема дополнительного оборудования. Проведение дальнейших исследований предполагает использование модульно-накопительного подхода в матричном описании формирования действующих на элементы конструкции МС ЛЕУ эксплуатационных нагрузок. Начальный этап исследований предполагает формирование массивов исходных данных для одного цилиндра виде вектор-столбцов по углу поворота КВ. Для ПРВ – вектор-столбец величин давлений в надплунжерном пространстве (соответствует закону топливоподачи). Для ПЦМ – давлений рабочего тела в цилиндре (соответствует расчетной или опытной индикаторной диаграмме). С использованием линейных операций над матрицами и преобразования массивов получены блочные матрицы значений крутящих моментов на РВ в сечениях топливных кулачков и крутящих моментов, действующих на КВ в сечениях цилиндровых модулей. В качестве линейных операций при формировании массивов данных используются уточненные методы исследования выделенных подсистем. Для ПРВ разработан уточненный метод расчета кинематических характеристик звеньев пространственных механизмов привода клапанов. Усовершенствована методика определения угловых деформаций распределительного вала от действия крутящих моментов в сечениях топливных кулачков. Для ПЦМ V-образных ЛЕУ - методика уточненного расчета кинематики основных и прицепных поршней. Усовершенствован метод силового расчета элементов ПЦМ. Уточнены методы расчета угловых деформаций КВ и его опорных реакций. Разработано комплексное математическое описание для исследования эксплуатационных нагрузок и износов коленчатых валов современных ЛЭУ. Проведены экспериментальные исследования, в ходе которых получены значения эксплуатационных износов коленчатых валов ЛЭУ с дизелем Д49, а также диаграммы изменения давления в надплунжерном пространстве и индикаторные диаграммы рабочих процессов, протекающих в цилиндрах. Полученные данные легли в основу расчетных исследований с использованием разработанного математического обеспечения. По результатам математического моделирования характеристик функционирования МС ЛЭУ з V-образными дизелями типа Д49 выявлены существенные эксплуатационные износы КВ (  29мкм), а также угловые деформации КВ и РВ (например, 0  РВ max  3 ). Сделан вывод о том, что усовершенствование конструкции элементов ПРВ является перспективным направлением снижения эксплуатационных нагрузок и износов коленчатых валов ЛЭУ. Для устранения угловых деформаций РВ ЛЭУ с дизелями Д49 предложен вариант усовершенствования его конструкции. При этом использование в конструкции усовершенствованного РВ патентозащищенных кулачков привода клапанов обеспечивает требуемые фазы газораспределения ЛЭУ. Результаты расчетов для ЛЭУ с дизелями Д49 (при различных уровнях форсирования по среднему эффективному давлению) показали, что использование предложенных рекомендаций в МС позволит существенно (до 8%) снизить величину эксплуатационных износов КВ. Внедрение предложенного варианта усовершенствования механической системы ЛЭУ с дизелями типа Д49 позволит получить в эксплуатации тепловозов ТЕП70 и 2ТЕ116 годовой экономический эффект в размере 222112 грн. EN: Dissertation is devoted to actual scientific and practical tasks - improving methods for calculating the operating loads and wear of crankshaft locomotive power plants through new approaches to computational studies, which are based on the use of refined dependencies. Research the possibility of improving methods approaches to settlement studies of operational loads and wear of crankshaft locomotive power plants. On the basis of the developed block-hierarchical description of a modern locomotive proposed examination MS LPP in the form of structural-functional circuits and color in its structure the basic subsystem design LPP locomotives that operated on the railway network in Ukraine. By using the proposed method the corrected according to the description of kinematics, dynamics and strain state units and parts MS LPP. A comparative analysis of experimental and computational research service wear of crankshaft of diesel LPP 16 CHN 26/26. The variant LPP improvement of the mechanical system, implementation of which provides reduction of operating loads and wear of crankshaft.